可攜式雷射清洗系統的製作方法

2023-05-18 02:43:36

專利名稱：可攜式雷射清洗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可攜式雷射清洗系統，應用在各種公共場所，可以對道路、廣告牌、電線桿、以及各種石材、磚材、樓宇外牆等物體表面上的汙垢、鏽斑、油漆、橡膠、塑料、殘留的溶劑和粘結劑進行有效清洗和清除。
背景技術：
傳統的清洗方法包括機械清洗法和溼法清洗法等。機械清洗法即採用刮、擦、刷、噴砂等機械手段去除表面汙物；溼法清洗法是利用水或有機清洗劑，通過噴、淋、浸泡等措施去除表面附著物。機械清洗法無法滿足高清潔度清洗要求，容易損傷被清洗物的表面；而溼法清洗法對清洗過程中洗滌劑的回收和排放不能有效處理，直接汙染了環境，獲得的清潔度也很有限。
雷射清洗技術是指採用高功率密度雷射束照射工件表面，使表面的汙物、鏽斑或塗層發生瞬間蒸發或剝離，從而達到潔淨化的過程。與傳統清洗工藝相比，雷射清洗技術具有以下特點不需要清潔液或其它化學溶液；清除汙物的範圍和適用的基材範圍十分廣泛；通過調控雷射工藝參數，可以在不損傷基材表面的基礎上，有效去除汙染物，使表面復舊如新；有高的適應性和柔性，可以方便地實現自動化操作；雷射去汙設備可長期使用，運行成本低；雷射清洗技術是一種「綠色」清洗工藝，對環境基本上不造成汙染。雷射清洗在過去所用的是準分子雷射器或YAG雷射器，其體積龐大，並需要相應配套的冷卻設施，由於具有不易移動和維護等缺點限制了它的應用的普遍性。

發明內容
本發明的目的在於解決了現有雷射清洗方法由於體積龐大而不能廣泛應用的問題，提出了一種可攜式雷射清洗系統，該系統用光纖雷射器代替準分子雷射器或YAG雷射器，使該裝置具有體積小，重量輕、操作方便、維護簡便、使用壽命長等優點，可以廣泛應用於城市或企事業單位的公共場所的清潔工作中。
本發明所採用的技術方案，具體結構參見圖1，該系統主要由電源10、光纖雷射器30、控制系統20、光纖110、把持式清洗工作頭40、掃描光學系統50、測距對焦裝置70組成；其中，電源10與光纖雷射器30、控制系統20、掃描光學系統50連接，為其供電，控制系統20與光纖雷射器30和掃描光學系統50相連，光纖雷射器30通過光纖110與把持式清洗工作頭40連接，光纖的末端接頭嵌入到把持式清洗工作頭40，把持式清洗工作頭40與掃描光學系統50連接，把持式清洗工作頭40對光纖110和掃描光學系統50能夠起到保護和銜接作用，掃描光學系統50又與測距對焦裝置連接70，該裝置還設置有防止雷射束對外界輻射的防射線保護裝置60。該系統可以針對不同的清洗對象選擇不同的光纖雷射器，雷射的波長在532納米到1.5微米的範圍之間，光纖雷射器發射的雷射為連續雷射或脈衝雷射。
光學掃描系統由可控制的振鏡，振鏡的頻率和幅度可以控制和一個聚焦透鏡組成，使雷射光束匯聚城一個光斑完成掃描工作，或者積分鏡加聚焦鏡和組成，使雷射光束匯聚成一個小區域來完成掃描工作。
防射線保護裝置的長度a小於光學掃描系統中聚焦透鏡的焦距f，測距對焦裝置由有固定的長度的粗定位裝置和可調整的精確定位裝置組成，其長度b可以調節，用於使聚焦後的雷射束的焦點能夠精確照射到汙染物上，參見圖2。
該系統中各部件所具有的功能為光纖雷射器用來發射雷射；掃描光學系統能夠使雷射對圖像進行掃描，掃描光學系統根據控制系統所設定的優化參數來控制，能使雷射束在空間中X、Y方向上任一方向上的掃描；控制系統能夠同時對光纖雷射器的雷射束參數進行控制和對光學掃描系統進行控制，對雷射束的控制參數包括雷射束的功率、雷射束的波長、雷射束的脈寬。對光學掃描系統的控制涉及對掃描速度，掃描方式，掃描區域大小，掃描圖形任一參數變量的修改和控制。同時，控制系統還存有優化組合參數庫，根據清洗物體的屬性和清洗物體上的汙染物的屬性，可選擇合適的優化組合參數。掃描光學系統根據從控制系統發出的指令做出相應的掃描方式。
防射線保護裝置用對雷射吸收的鍍膜材料製成，也可以內側對雷射反射的鍍膜材料製成，此裝置對清洗區域密閉，所以能夠在清洗系統工作運行時，保護周邊環境和操作人員防止受到雷射輻射。
本發明的工作原理為光纖雷射器作為光源，從光纖雷射器發出的一束高光束質量的雷射束，雷射束輻射到汙染物上，汙染物在雷射的輻照作用下，發生瞬間蒸發或剝離。
由於本發明採用半導體泵浦光纖雷射器作為光源，其結構簡單，體積小，轉換效率高，雷射光束質量好，壽命長，免維護，因此，在清潔過程中不需要龐大的冷卻裝置，便於公共場合的清潔工作。


圖1是可攜式雷射清洗系統的構成圖。
圖2是可攜式雷射清洗系統測距對焦示意圖。
圖中10-電源，20-控制系統，30-光纖雷射器，40-把持式清洗工作頭，50-掃描光學系統，60-防射線保護裝置，70-測距對焦裝置，80-聚焦透鏡，300-清洗物，400-汙染物，110-光纖。
具體實施例方式
本發明的具體實施例可參見圖1，圖2，主要包括有電源10，控制系統20，光纖雷射器30，把持式清洗工作頭40，掃描光學系統50，測距對焦裝置70，防射線保護裝置60，光纖110。其中，電源10與光纖雷射器30、控制系統20、掃描光學系統50連接，為其供電，控制器與光纖雷射器和掃描光學系統相連，光纖雷射器通過光纖與把持式清洗工作頭連接，把持式清洗工作頭與掃描光學系統連接，光纖的末端街頭可嵌入到把持式清洗工作頭40，把持式清洗工作頭40對光纖110和掃描光學系統50能夠起到保護和銜接作用，掃描光學系統又與測距對焦裝置連接，該裝置還設置有防止雷射束對外界輻射的防射線保護裝置。可以針對清洗對象選擇不同光纖雷射器30，比如清洗不乾膠，用5瓦雷射器，清洗金屬表面，用50瓦雷射器，雷射的波長可在532納米到1.5微米的範圍之間，比如，清洗對象為高分子材料材料時可以用短波長532納米，清洗黑色金屬，用長波長1.5微米的光纖雷射。把持式清洗工作頭40可以是一個手持的把手，也可以是一個供機械手臂把持的把手。
掃描光學系統50可以是一個可控制的振鏡加一個聚焦透鏡80，能夠使雷射光束匯聚成一個光斑完成掃描工作，還可以是一個可控制的振鏡加聚焦鏡和積分鏡，能夠使雷射光束匯聚成一個小區域來完成掃描工作。
可攜式雷射清洗系統測距對焦示意圖，如圖2所示，在經聚焦透鏡80聚焦後的雷射束500照射到汙染物400，汙染物400黏附在清洗物300上。聚焦透鏡80的焦距為f，測距對焦裝置70的定位距離即為焦距f的，定位對象是聚焦透鏡80的中心線到汙染物400表面的距離。這樣能使雷射束500的焦點能夠落到汙染物400上。防射線保護裝置60的固有長度為a，且a＜f。測距對焦裝置70是可調整的裝置，它的可調長度為b。那麼，在假設汙染物400的表面厚度w，可得出f＝a+b-w，而此時，等式中三個參數聚焦透鏡80的焦距為f、防射線保護裝置60的固有長度為a和汙染物400的表面厚度w均為定值，只有調節測距對焦裝置70的可調長度b使得等式成立。在清洗不乾膠類小廣告或者塗鴉時，汙染物400的表面厚度w值非常小，可以忽略，此時可得f≈a+b。在清洗操作前，了解汙染物400的表面厚度w，設置測距對焦裝置70的可調長度b。
控制系統20的功能是能同時對光纖雷射器30的雷射束參數進行控制和對光學掃描系統50進行控制。控制系統可以用包括PLC、單片機、單板機或微處理機來實現，並且配有相應的接口設備和外圍設備。
可攜式雷射清洗系統在進行清洗工作時，系統還能配備和使用輔助氣體，在清洗工作頭上裝有一氣管，向下吹氣，用輔助氣體吹向汙染物和正在清洗工作面，提高清洗效率。
權利要求
1.可攜式雷射清洗系統，其特徵在於該系統主要由電源(10)、光纖雷射器(30)、控制系統(20)、光纖(110)、把持式清洗工作頭(40)、掃描光學系統(50)、測距對焦裝置(70)組成；其中，電源(10)與光纖雷射器(30)、控制系統(20)、掃描光學系統(50)連接，控制系統(20)與光纖雷射器(30)和掃描光學系統(50)相連，光纖雷射器(30)通過光纖(110)與把持式清洗工作頭(40)連接，把持式清洗工作頭(40)與掃描光學系統(50)連接，掃描光學系統(50)又與測距對焦裝置(70)連接。
2.根據權利要求1所述的可攜式雷射清洗系統，其特徵在於該裝置還設置有防止雷射束對外界輻射的防射線保護裝置(60)。
3.根據權利要求1所述的可攜式雷射清洗系統，其特徵在於掃描光學系統(50)由頻率和幅度可控制的振鏡和一個聚焦透鏡(80)組成，或者由積分鏡加聚焦透鏡(80)組成。
4.根據權利要求2或3所述的可攜式雷射清洗系統，其特徵在於防射線保護裝置(60)的長度a小於聚焦透鏡(80)的焦距f，測距對焦裝置(70)的長度b可調。
5.根據權利要求1所述的可攜式雷射清洗系統，其特徵在於光纖雷射器(30)輸出的雷射為連續雷射或脈衝雷射，雷射功率為5瓦至100瓦。
6.根據權利要求1所述的可攜式雷射清洗系統，其特徵在於光纖雷射器(30)輸出的雷射波長為532納米到1.5微米。
全文摘要
本發明涉及一種可攜式雷射清洗系統，可以對道路、廣告牌等物體表面的汙垢進行有效清除。本發明主要由電源(10)、光纖雷射器(30)、控制系統(20)、光纖(110)、把持式清洗工作頭(40)、掃描光學系統(50)、防射線保護裝置(60)、測距對焦裝置(70)組成。電源與光纖雷射器、控制系統、掃描光學系統連接，控制系統與光纖雷射器和掃描光學系統相連，光纖雷射器通過光纖與把持式清洗工作頭連接，掃描光學系統又與測距對焦裝置連接。操作者操縱把持式清洗工作頭，對準所要清洗物體上的汙物，對其掃描，達到有效清除汙物的目的。本發明具有結構簡單，體積小，轉換效率高，壽命長，免維護等優點。
文檔編號B23K26/06GK1817549SQ20061006540
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月23日 優先權日2006年3月23日
發明者陳繼民, 趙宏亮 申請人:北京工業大學